Zalety i względy stosowania złączek mosiężnych w instalacjach wodno-kanalizacyjnych w budynkach mieszkalnych i komercyjnych
Mosiądz jest preferowanym materiałem do armatury i zaworów od ponad wieku ze względu na swoją trwałość, odporność na korozję, obrabialność i niezawodne działanie uszczelniające. Jednak niewielka, ale mierzalna zawartość ołowiu w mosiądzu budzi obawy zdrowotne co do jego przydatności do systemów wody pitnej. W tym artykule przeanalizowano przyczyny powszechnego stosowania złączek mosiężnych zarówno w instalacjach hydraulicznych w budynkach mieszkalnych, jak i przemysłowych. Zbadano również ryzyko wypłukiwania ołowiu, alternatywne materiały montażowe i kroki umożliwiające bezpieczne wykorzystanie mosiężnych elementów do zaopatrzenia w wodę pitną.
Dlaczego złączki mosiężne są tradycyjnym wyborem do instalacji hydraulicznych?
Mosiądz, stop miedzi i cynku, oferuje fascynującą kombinację właściwości materiału, które zachęciły go do przyjęcia go jako materiału do montażu z wyboru od końca XIX wieku, kiedy rozpowszechniły się wewnętrzne instalacje wodno-kanalizacyjne. Zalety, które zapewniają mosiądzowi jego dominację, obejmują:
Odporność na korozję
Złączki mosiężne nie rdzewieją i nie gromadzą osadów mineralnych jak elementy żelazne, utrzymując płynny przepływ wody. Patyna z tlenku miedzi pasywuje powierzchnię przed dalszymi reakcjami korozyjnymi. Zachowuje to wydajność przepływu i zapobiega wyciekom [1].
Siła i trwałość
Mosiądz odlewany charakteryzuje się dużą wytrzymałością na rozciąganie przekraczającą 400 MPa, dzięki czemu wytrzymuje stałe obciążenia ciśnieniowe do 20 bar oraz wahania temperatury od zamarzania do 150 stopni [2]. Mosiądz nie jest podatny na pękanie spowodowane zmęczeniem lub uderzeniami wodnymi przez dziesięciolecia użytkowania.
Skrawalność
Mosiądz jest łatwo kuty i obrabiany w różnorodnych geometriach złączy potrzebnych do systemów hydraulicznych. Pozwala na tworzenie precyzyjnych gwintów stożkowych, które niezawodnie uszczelniają bez wycieków lub deformacji [3].
Ciągliwość
Plastyczność mosiądzu ułatwia operacje gięcia i kształtowania w celu wytworzenia kolanek i adapterów. Absorbuje również naprężenia wibracyjne i jest odporny na potencjalne uszkodzenia spowodowane pękaniem.
Odporność na biofouling
Powierzchnie mosiężne hamują adhezję i wzrost bakterii, alg i grzybów w porównaniu z żelazem lub plastikiem. Spowalnia to korozję mikrobiologiczną i chroni jakość wody [4].
Rozważania dotyczące zawartości ołowiu w kształtkach mosiężnych
Włączenie ołowiu do mosiądzu poprawia skrawalność poprzez smarowanie narzędzi skrawających i wiórów podczas produkcji. W przeszłości mosiądz instalacyjny zawierał 2-8 procent ołowiu w celu optymalizacji produkcji. Jednak przedostawanie się ołowiu do wody pitnej stanowi poważne zagrożenie dla zdrowia, zwłaszcza dzieci.
Reguła EPA dotycząca ołowiu i miedzi ogranicza zawartość ołowiu w mosiężnych złączkach do maksymalnie {{0}},25 procent dla wszystkich elementów mających kontakt z wodą pitną [5]. Przepisy stanu Kalifornia i Vermont dodatkowo ograniczają dopuszczalny poziom ołowiu do 0,1 procenta w mosiądzu instalacyjnym. Pierwiastki zastępcze ołowiu, w tym bizmut, selen, tellur i krzem, są obecnie dodawane do bezołowiowych preparatów mosiężnych w celu uzyskania obrabialności przy jednoczesnym spełnieniu rygorystycznych ograniczeń dotyczących ołowiu [6].
Potencjalne zagrożenia związane z wypłukiwaniem ołowiu z elementów mosiężnych
Podczas gdy współczesny mosiądz zawiera bardzo niski poziom ołowiu, niewielkie ilości mogą nadal przedostawać się do stojącej wody w kontakcie z mosiężnymi złączkami i zaworami. Jony ołowiu uwalniają się, gdy wewnętrzna powierzchnia armatury zostanie wystawiona na działanie miękkiej, kwaśnej lub ciepłej wody [7]. Woda stojąca w systemie rur przez noc maksymalizuje rozpuszczanie ołowiu.
Zużyty ołów jest głównie wchłaniany do krwioobiegu i tkanek, powodując toksyczność ostrą i przewlekłą. Dzieci są najbardziej narażone, ponieważ nawet niewielka akumulacja ołowiu może upośledzać rozwój neurologiczny. Działania niepożądane obejmują deficyty poznawcze, zahamowanie wzrostu i zaburzenia zachowania [8]. Podczas gdy dorośli są mniej wrażliwi, ołów może zwiększać ciśnienie krwi, dysfunkcję nerek i problemy z rozrodczością.
EPA nakazuje działania naprawcze, jeśli stężenie ołowiu przekroczy 15 części na miliard w ponad 10 procentach próbek wody z kranu w systemie wodnym [5]. Jednak wielu ekspertów twierdzi, że próg ten powinien być niższy, aby chronić zdrowie publiczne, zwłaszcza niemowląt. Wybór niezawierających ołowiu materiałów hydraulicznych zapewnia kluczową kontrolę źródła w celu zminimalizowania ryzyka narażenia na ołów.
Zalecenia dotyczące bezpiecznego użytkowania mosiężnych elementów instalacji hydraulicznej
Złączki mosiężne nadal nadają się do przewodów zasilających dostarczających wodę niezdatną do picia, aby uniknąć narażenia na ołów. W przypadku systemów wodociągowych wody pitnej kilka strategii może ułatwić bezpieczne wykorzystanie elementów mosiężnych:
- Jeśli to możliwe, wybieraj mosiądz o niskiej zawartości ołowiu lub bezołowiowy certyfikowany przez testy NSF/ANSI 61. Ogranicza to potencjalną sprzedaż poniżej progu 0,25 procent.
- Unikaj mosiężnych złączek z zawartością ołowiu powyżej 3 procent w przypadku jakichkolwiek usług związanych z wodą pitną. Wyższe poziomy ołowiu zwiększają ryzyko wypłukiwania.
- Płukanie kranów i pryszniców przez 30 sekund po całonocnej stagnacji usuwa wodę zawierającą ołów z wewnętrznych powierzchni rur.
- Okresowa analiza ołowiu w próbkach kranu przez certyfikowane laboratoria identyfikuje wszelkie problemy wymagające naprawy.
- Do uszczelniania połączeń należy stosować luty bezołowiowe, ponieważ luty ołowiowe mogą również zanieczyszczać wodę.
Alternatywne materiały montażowe bez obaw o ołów
Istnieje kilka niemetalicznych i bezołowiowych opcji metalowych dla złączek hydraulicznych niepodatnych na wypłukiwanie ołowiu:
- Łączniki miedziane nie zawierają ołowiu i są szeroko stosowane w systemach wody pitnej. Ale miedź jest podatna na większe uszkodzenia korozyjne niż mosiądz.
- Plastikowe łączniki z PVC i CPVC są trwałe i niedrogie, ale mają niższą odporność na ciśnienie i temperaturę niż mosiądz.
- Łączniki ze stali nierdzewnej wyróżniają się odpornością na korozję, ale są znacznie droższe niż mosiądz. Preferowane są gatunki ciągliwe, takie jak 316L.
- Złączki z brązu nie zawierają ołowiu, chociaż wysoka zawartość miedzi zmniejsza ochronę przed korozją. Kosztują nawet pięć razy więcej niż mosiądz.
Wniosek
Mosiądz służył jako materiał z wyboru do armatury i zaworów ze względu na niezrównane połączenie wytrzymałości, odporności na korozję, niezawodności uszczelnienia i wydajności produkcji. Podczas gdy tradycyjny mosiądz zawiera niewielkie ilości ołowiu, przestrzeganie przepisów i najlepszych praktyk umożliwia jego bezpieczne wykorzystanie do celów wodociągowych. Bezołowiowy mosiądz i alternatywne materiały montażowe również poszerzają możliwości tworzenia trwałych bezołowiowych zespołów hydraulicznych.
Bibliografia
[1] V. Ashworth i wsp., „Czy mosiądz jest bezpiecznym materiałem do zastosowań w domowych instalacjach wodociągowych wody pitnej?”, Nauka o wodzie i technologia: zaopatrzenie w wodę, tom. 17, nie. 5, s. 1537-1548, 2017.
[2] MIL-STD{2}}J, Harmonogram rurociągów, zaworów, armatury i powiązanych elementów rurociągów dla okrętów nawodnych marynarki wojennej, Departament Obrony Stanów Zjednoczonych Ameryki, 30 października 2019 r.
[3] JA Ginzel, „Przegląd przyczyny awarii gwintu rury”, Analiza awarii inżynierskich, tom. 35, s. 516-535, 2013.
[4] K. Morvay i F. Giles, „Przewidywanie wydajności mosiądzu w urządzeniach hydraulicznych do wody pitnej”, The International Journal of Life Cycle Assessment, tom. 23, nie. 7, s. 1297-1309, 2018.
[5] EPA, „Reguła ołowiu i miedzi”, Kodeks przepisów federalnych, 40 CFR 141.43.
[6] CDA – Stowarzyszenie Rozwoju Miedzi, „Bezołowiowe stopy mosiądzu”, 2020.
[7] S. Schock i K. Lytle, „Internal Corrosion and Deposition Control” w: Water Quality and Treatment, Letterman, RD, wyd. Nowy Jork: McGraw-Hill, 1999.
[8] ATSDR, „Toksyczność ołowiu: jakie są fizjologiczne skutki narażenia na ołów?”, Departament Zdrowia i Opieki Społecznej Stanów Zjednoczonych, 2020.
